I sin forfølgelse af missioner, der vil føre os tilbage til Månen, til Mars og videre, har NASA undersøgt en række næste generations fremdrivningskoncepter. Mens eksisterende koncepter har deres fordele - kemiske raketter har stor energitæthed og ionmotorer er meget brændstofeffektive - er vores håb for fremtiden hængslet hos os ved at finde alternativer, der kombinerer effektivitet og kraft.
Med henblik herpå er forskere ved NASAs Marshall Space Flight Center igen på udkig efter at udvikle nukleære raketter. Som en del af NASAs udviklingsprogram for spilskiftende udvikling ville Nuclear Thermal Propulsion (NTP) -projektet skabe et højeffektivt rumfartøj, der ville være i stand til at bruge mindre brændstof til at levere tunge nyttelast til fjerne planeter og på relativt kort tid .
Som Sonny Mitchell, projektet med NTP-projektet ved NASAs Marshall Space Flight Center, sagde det i en nylig pressemeddelelse fra NASA:
”Når vi skubber ud i solsystemet, kan nukleare fremdrift muligvis tilbyde den eneste virkelig levedygtige teknologimulighed til at udvide menneskelig rækkevidde til Mars's overflade og til andre verdener. Vi er glade for at arbejde med teknologier, der kan åbne et dybt rum til menneskelig efterforskning. ”
For at se dette igennem har NASA indgået et partnerskab med BWX Technologies (BWXT), et Virginia-baseret energi- og teknologiselskab, der er en førende leverandør af nukleare komponenter og brændstof til den amerikanske regering. For at hjælpe NASA med at udvikle de nødvendige reaktorer, der ville understøtte mulige fremtidige besætningsopgaver til Mars, fik selskabets datterselskab (BWXT Nuclear Energy, Inc.) en treårig kontrakt til en værdi af $ 18,8 millioner.
I løbet af disse tre år, hvor de vil arbejde med NASA, vil BWXT levere de tekniske og programmatiske data, der er nødvendige for at implementere NTP-teknologi. Dette vil bestå af dem, der fremstiller og tester prototype brændstofelementer og hjælper NASA med at løse eventuelle nukleare licens- og lovgivningsmæssige krav. BWXT vil også hjælpe NASA-planlæggere med at tackle problemerne med gennemførlighed og overkommelig med deres NTP-program.
Som Rex D. Geveden, BWXTs præsident og administrerende direktør, sagde om aftalen:
”BWXT er yderst tilfreds med at samarbejde med NASA om dette spændende kerneprogram til støtte for Mars-missionen. Vi er unikt kvalificerede til at designe, udvikle og fremstille reaktoren og brændstof til et atomdrevet rumfartøj. Dette er et passende tidspunkt at omdanne vores kapacitet til rummarkedet, hvor vi ser langsigtede vækstmuligheder inden for nukleare fremdrift og kernekraftoverfladekraft. ”
I en NTP-raket bruges uran- eller deuteriumreaktioner til opvarmning af flydende brint inde i en reaktor, hvilket omdanner den til ioniseret hydrogengas (plasma), der derefter kanaliseres gennem en raketdyse for at generere tryk. En anden mulig metode, kendt som Nuclear Electric Propulsion (NEC), involverer den samme basiske reaktor, der konverterede sin varme og energi til elektrisk energi, som derefter driver en elektrisk motor.
I begge tilfælde er raketten afhængig af nuklear fission til at generere fremdrift snarere end kemiske drivmidler, som hidtil har været bærebjælken i NASA og alle andre rumfartsbureauer indtil videre. Sammenlignet med denne traditionelle fremdrivningsform giver begge typer nukleare motorer en række fordele. Den første og mest indlysende er den næsten ubegrænsede energitæthed, den tilbyder sammenlignet med raketbrændstof.
Dette ville reducere den samlede mængde drivmiddel, der kræves, og dermed reducere lanceringsvægten og omkostningerne ved individuelle missioner. En mere kraftfuld nukleare motor ville betyde reducerede køretider. NASA har allerede anslået, at et NTP-system kan gøre rejsen til Mars til fire måneder i stedet for seks, hvilket ville reducere mængden af stråling, som astronauterne ville blive udsat for i løbet af deres rejse.
For at være retfærdig er begrebet at bruge nuklearraketeter til at udforske universet ikke nyt. Faktisk har NASA undersøgt muligheden for nuklear fremdrift i vid udstrækning under Space Nuclear Propulsion Office. Faktisk gennemførte SNPO mellem 1959 og 1972 23 reaktortest på Nuclear Rocket Development Station på AEC's Nevada Test Site, i Jackass Flats, Nevada.
I 1963 oprettede SNPO også Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications (NERVA) -programmet til at udvikle nukleær-termisk fremdrift til besætning med lang rækkevidde til Månen og det interplanetære rum. Dette førte til oprettelsen af NRX / XE, en nuklear-termisk motor, som SNPO certificerede for at have opfyldt kravene til en besætning til Mars.
Sovjetunionen gennemførte lignende undersøgelser i 1960'erne i håb om at bruge dem på de øverste etaper af deres N-1-raket. På trods af disse bestræbelser trådte der aldrig nogen nukleeare raketer i brug på grund af en kombination af budgetnedskæringer, tab af almen interesse og en generel afvikling af Space Race efter Apollo-programmet var afsluttet.
Men i betragtning af den nuværende interesse i rumfartsundersøgelse og den ambitiøse mission, der er foreslået til Mars og videre, ser det ud til, at nukle raketter endelig kan se service. En populær idé, der overvejes, er en flerstages raket, der ville stole på både en atommotor og konventionelle thrustere - et koncept kendt som et "bimodalt rumfartøj". En vigtig talsmand for denne idé er Dr. Michael G. Houts fra NASA Marshall Space Flight Center.
I 2014 holdt Dr. Houts en præsentation, der skitserede, hvordan bimodale raketter (og andre nukleare koncepter) repræsenterede ”spilændrede teknologier til rumforskning”. Som et eksempel forklarede han, hvordan Space Launch System (SLS) - en nøgleteknologi i NASAs foreslåede besætningsopgave til Mars - kunne udstyres med kemisk raket i det nederste trin og en nukleær termisk motor på øverste trin.
I denne opsætning ville kernemotoren forblive "kold", indtil raketten havde opnået bane, på hvilket tidspunkt det øverste trin ville blive indsat, og reaktoren ville blive aktiveret til at generere tryk. Andre eksempler, der er citeret i rapporten, inkluderer satellitter med lang rækkevidde, der kunne udforske det ydre solsystem og Kuiper Belt og hurtig, effektiv transport til bemandede missioner i hele solsystemet.
Virksomhedens nye kontrakt forventes at løbe gennem 30. september 2019. På det tidspunkt vil Nuclear Thermal Propulsion-projektet bestemme muligheden for at bruge lavt beriget uranbrændstof. Derefter bruger projektet et år på at teste og forfine sin evne til at fremstille de nødvendige brændstofelementer. Hvis alt går godt, kan vi forvente, at NASAs "Rejse til Mars" muligvis bare indeholder nogle nukleare motorer!
